无构象扩散的超灵敏性：细菌旗舜马达非平衡合作性的机械起源

旗舜马达通过响应外部线索以高灵敏度方式切换旋转方向，使细菌能够导航其环境。先前的工作认为，旗舜马达的超灵敏性源于构象扩散，即开关复合体的亚基与其邻居紧密耦合，类似于平衡 Ising 模型。然而，动态单马达测量表明旋转切换是受离平衡驱动的，而这种耗散驱动的机制尚不为人所知。本文基于最新的冷冻电子显微镜结构，我们提出局部机械扭矩可影响马达亚基的构象动力学。由此产生在 stator 关联亚基之间的拉锯战，产生合作的非平衡切换响应，而无需近邻相互作用。由于亚基有效地以远程方式耦合，我们称此机制为“全局机械耦合”。我们的模型作出了一个定性新的预测，即马达响应的合作性随驱动旋转的 stator 数量而增长。重新分析在不同负载条件下的已发表马达剂量-响应曲线，我们发现该预测有望得到实验验证。最后，我们表明，远离平衡的运作使马达能够实现更高的合作性，并具备更快的响应速度。我们的结果表明，机械力在敏感化学调控中发挥一般性作用。